肺部病理微環境具有高度的時空異質性，相關藥物遞送面臨多重挑戰。同時，傳統二維研究手段難以跨尺度表征納米制劑在肺部的生物分布，因此很大程度上限制了遞藥系統的靶向性評價。
針對上述問題，中國科學院上海藥物研究所研究員張繼穩團隊聯合臨港實驗室研究員殷憲振團隊，開展了面向生命體的結構藥劑學研究，致力在三維（3D）空間和單細胞水平上構建全肺病理圖譜。該研究依托3D病理圖譜評價納米制劑的靶向治療效果，并關注納米粒在全肺內跨尺度分布規律。研究人員基于交聯環糊精納米網格材料（GCC），結合單顆粒示蹤與3D病理圖譜，在單細胞分辨率上實現對納米粒在氣管外周的精準定位，并開展3D藥效學評價，完成從制劑結構到生理結構的跨尺度關聯分析，為肺部疾病精準治療提供結構藥劑學新策略。
與傳統立方體形狀的環糊精交聯物顆粒相比，具有獨特網格結構的GCC-Rh110在經小鼠尾靜脈注射后，表現出氣管外壁聚集特征。研究顯示，GCC負載地塞米松（DEX）后，有效延長了藥物體內滯留時間，且藥代動力學結果證明，DEX@GCC具有明顯的緩釋特性。同時，GCC具有廣譜抗氧化優勢，可高效清除超氧根陰離子與羥基自由基等多種活性氧。該研究結合其氣管靶向優勢，為氣管相關肺部疾病的精準治療提供了新思路，且該研究建立的全肺3D可視化方法為納米制劑跨尺度研究提供了技術支撐。
進一步，研究基于單顆粒示蹤，構建了跨尺度3D定量分析體系。在脂多糖誘導的支氣管炎模型中，DEX@GCC展現出較好的治療效果。相較于DEX陽性對照組，DEX@GCC能夠更快地促進體重恢復、改善肺功能，并降低肺泡灌洗液中的細胞總數、蛋白濃度及炎癥因子水平。同時，研究建立了3D病理評價體系，結合機器學習識別并提取氣管周圍的炎性細胞，實現了多級氣管虛擬內窺與氣管壁厚精準定量，證實了DEX@GCC在修復氣管細胞結構與緩解炎癥上的優勢。
這一研究提出了“結構藥劑學”的新理念，并引入同步輻射成像技術和精準表征制劑結構特征，揭示了結構與質量之間的關系。同時，該研究將這一理念拓展至生命組織層面，結合跨尺度3D成像，直觀呈現了肺部病灶的結構異質性與微環境特征，精準刻畫了遞藥系統在體內的分布規律，為設計與優化納米遞藥系統以及個體化診療提供了新思路與技術支撐。
近日，相關研究成果以Tracheal targeted nanogrid delivery systems of dexamethasone visualized by single-particle tracing and multiscale pathological mapping為題，發表在ACS Nano上。研究工作得到國家自然科學基金委員會和上海市的支持。
論文鏈接
GCC-Rh110經尾靜脈注射后的肺部3D空間分布
本文鏈接：研究完成氣管靶向遞藥系統設計與跨尺度三維表征http://www.sq15.cn/show-12-1249-0.html
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